為什么地球上看不到月背，嫦娥六號(hào)在月背著陸到底有多難？

為什么地球上看不到月背？地球上看不到月球背面的原因是月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為潮汐鎖定。月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期約為27.32天，同時(shí)它的自轉(zhuǎn)周期也是27.32天，因此月球總是將同一面朝向地球。這意味著月球的背面始終處于地球的視線之外，除非通過(guò)太空探測(cè)器或其他手段，人類(lèi)無(wú)法直接看到月球背面。

那么月球的潮汐鎖定又是如何形成的？月球的潮汐鎖定是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，涉及到地球和月球之間的引力相互作用。以下是潮汐鎖定形成的基本步驟：

1. 引力潮汐作用：地球?qū)υ虑蚴┘右?，同時(shí)月球也對(duì)地球施加引力。由于地球的引力在月球上的作用力更強(qiáng)，它會(huì)使得月球的表面產(chǎn)生潮汐變形。這種變形在月球繞地球旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)不斷變化，因?yàn)樵虑虻牟煌糠謺?huì)交替地靠近和遠(yuǎn)離地球。

2. 摩擦效應(yīng)：由于地球?qū)υ虑虻囊Σ粩喔淖?，月球的潮汐變形也?huì)隨之改變。這種引力潮汐作用會(huì)導(dǎo)致月球內(nèi)部的摩擦，將轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能。

3. 動(dòng)量傳遞：由于摩擦效應(yīng)，月球的自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢，而公轉(zhuǎn)速度保持不變。這導(dǎo)致月球的自轉(zhuǎn)周期逐漸增長(zhǎng)，直到最終與其公轉(zhuǎn)周期相等。當(dāng)月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相等時(shí)，月球就達(dá)到了潮汐鎖定狀態(tài)。

4. 達(dá)到潮汐鎖定：在潮汐鎖定狀態(tài)下，月球的一個(gè)半球始終面向地球，而另一面則永遠(yuǎn)背離地球。這是因?yàn)樵虑虻淖赞D(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同，使得月球的長(zhǎng)軸始終沿著地月連線，從而避免了因潮汐力引起的進(jìn)一步變形和摩擦。

潮汐鎖定是一個(gè)緩慢的過(guò)程，需要數(shù)十億年的時(shí)間才能發(fā)生。月球已經(jīng)達(dá)到了潮汐鎖定狀態(tài)，因此我們只能看到月球的一個(gè)面。這也解釋了為什么我們從地球上永遠(yuǎn)只能看到月球的同一面。

圖片來(lái)源：中國(guó)探月與深空探測(cè)網(wǎng)

而嫦娥六號(hào)在月背著陸的難度非常大，主要面臨著以下幾個(gè)方面的困難：

1. 通信難題：由于月球背面無(wú)法直接與地球通信，嫦娥六號(hào)需要依靠“鵲橋”中繼衛(wèi)星來(lái)傳遞信息。這增加了任務(wù)的復(fù)雜性，因?yàn)橹欣^衛(wèi)星并不能隨時(shí)“在線”，存在無(wú)法及時(shí)接收指令和回傳數(shù)據(jù)的情況。

2.地形復(fù)雜：月球背面的地形復(fù)雜多變，存在大量的高山、撞擊坑等障礙物，對(duì)著陸器的設(shè)計(jì)提出了極高要求。歷史上，蘇聯(lián)就曾因?yàn)樵虑虮趁娴膹?fù)雜地形而遭遇連續(xù)無(wú)人探月失敗。

3. 光照不足：月球背面缺乏直接的光照，這使得著陸器的導(dǎo)航和定位更加困難，同時(shí)影響著陸器太陽(yáng)能板的能量供應(yīng)和著陸器的溫度控制。

4. 極端溫差：月球背面的環(huán)境極端，晝夜溫差巨大，對(duì)著陸器的材料和電子設(shè)備提出了極高的要求。這就像人類(lèi)第一次攀登珠穆朗瑪峰，充滿(mǎn)未知，是對(duì)人類(lèi)勇氣和智慧的考驗(yàn)。

5. 自主導(dǎo)航能力：由于無(wú)法與地球進(jìn)行直接通信，嫦娥六號(hào)具備自主導(dǎo)航能力是一個(gè)重要的要求。自主導(dǎo)航能力可以確保嫦娥六號(hào)可以獨(dú)立完成飛行軌跡控制、安全著陸點(diǎn)選擇、精準(zhǔn)控制等任務(wù)。

6. 采樣時(shí)間限制：由于地形限制，嫦娥六號(hào)在月背上的采樣時(shí)間受到壓縮，這意味著在有限的時(shí)間內(nèi)完成采樣任務(wù)變得更加困難。

嫦娥六號(hào)在月背著陸的難度在于其面臨的通信、地形、光照、溫差、自主導(dǎo)航以及采樣時(shí)間等多方面的挑戰(zhàn)。盡管如此，中國(guó)航天科技集團(tuán)成功克服了這些困難，使嫦娥六號(hào)成功著陸在月球背面，并開(kāi)始了月背采樣工作。

嫦娥六號(hào)在執(zhí)行月球背面采樣返回任務(wù)時(shí)，面臨了一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)：由于月球的自轉(zhuǎn)，其背面無(wú)法直接與地球建立視線通信。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)采取了以下措施：

1. 中繼星的部署：科研團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)并部署了鵲橋二號(hào)中繼星，這顆中繼星被精確地定位在地月拉格朗日L2點(diǎn)上，距離月球約6.5萬(wàn)公里。L2點(diǎn)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的引力平衡點(diǎn)，能夠同時(shí)看到地球和月球背面，成為信息傳輸?shù)睦硐胛恢谩?/p>

2. 高增益天線的使用：為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸和接收，鵲橋二號(hào)中繼星上配備了高增益天線。這種天線能夠集中發(fā)射和接收信號(hào)，顯著增強(qiáng)通信信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量，確保在遠(yuǎn)距離傳輸中仍能保持高質(zhì)量的通信鏈接。

3. 數(shù)據(jù)協(xié)議的設(shè)計(jì)：為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合深空通信的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)協(xié)議。這套協(xié)議在傳輸過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了壓縮和優(yōu)化，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，減少了傳輸時(shí)延。

4. 全球接收網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建：為了進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?，地球上的多個(gè)接收站協(xié)同工作，形成了一個(gè)全球性的接收網(wǎng)絡(luò)。這樣，無(wú)論何時(shí)，都至少有一個(gè)接收站處于最佳狀態(tài)，能夠接收并處理來(lái)自中繼星的數(shù)據(jù)，供科研人員分析和使用。